3D打印技術(shù)在復(fù)雜Pilon骨折治療中的應(yīng)用

李攀，李讓賢，夏興平，劉超，段春輝，鄧聲杰

(云南省鎮(zhèn)雄縣人民醫(yī)院脊柱關(guān)節(jié)外科，云南 鎮(zhèn)雄　657200)

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3D打印技術(shù)在復(fù)雜Pilon骨折治療中的應(yīng)用

李攀，李讓賢，夏興平，劉超，段春輝，鄧聲杰

(云南省鎮(zhèn)雄縣人民醫(yī)院脊柱關(guān)節(jié)外科，云南 鎮(zhèn)雄657200)

目的探討3D打印技術(shù)在臨床治療復(fù)雜Pilon骨折中的可行性和臨床應(yīng)用價(jià)值。方法自2014年1月至2015年12月對臨床上復(fù)雜的19 例Pilon骨折患者進(jìn)行螺旋CT掃描，將其醫(yī)學(xué)數(shù)字成像與通訊(digital lmaging and communications in medicine，DICOM)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)中，采用Mimics軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，應(yīng)用3D打印技術(shù)打印骨折三維模型。在3D打印模型上確定手術(shù)入路并進(jìn)行骨折準(zhǔn)確復(fù)位及鋼板放置的選擇等模擬手術(shù)。術(shù)后末次隨訪時(shí)采用美國足踝外科協(xié)會(huì)(American orthopaedic foot and ankle society，AOFAS)踝與足評分及疼痛視覺模擬評分(visual analogue scale，VAS)評定療效。結(jié)果19 例均獲隨訪，隨訪時(shí)間6～54個(gè)月，平均21.2個(gè)月，骨折均獲骨性愈合，愈合時(shí)間6～9個(gè)月，平均7.2個(gè)月。無一例內(nèi)固定失敗的發(fā)生。末次隨訪時(shí)采用AOFAS踝與足評分及疼痛VAS評分，優(yōu)16 例，良3 例，優(yōu)良率100%。重建的三維模型能準(zhǔn)確的反映出骨折移位的方向和程度，可準(zhǔn)確的進(jìn)行骨折的判斷，初步實(shí)現(xiàn)Pilon骨折的術(shù)前手術(shù)設(shè)計(jì)。結(jié)論3D打印技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜Pilon骨折的治療，臨床可行性良好，可提高基層醫(yī)師的診治能力。

3D打印；Pilon骨折；模擬手術(shù)

復(fù)雜型脛骨遠(yuǎn)端骨折(Pilon骨折)為關(guān)節(jié)內(nèi)骨折，可致關(guān)節(jié)面壓縮、塌陷，骨折移位。手術(shù)復(fù)位獲得關(guān)節(jié)的解剖復(fù)位，恢復(fù)力線和良好的踝穴關(guān)系，可防止并發(fā)癥的產(chǎn)生。術(shù)前良好的設(shè)計(jì)，對手術(shù)效果至關(guān)重要。2014年1月至2015年12月，筆者采用3D打印技術(shù)對19 例患者進(jìn)行術(shù)前模擬復(fù)位、骨折內(nèi)固定，取得了良好的效果，現(xiàn)將治療經(jīng)驗(yàn)報(bào)告如下。

1　資料與方法

1.1一般資料復(fù)雜脛骨Pilon骨折19 例，男13 例，女6 例；平均年齡38 歲。入院時(shí)均有疼痛、腫脹、踝關(guān)節(jié)功能障礙等癥狀，均通過X線片、CT檢查確診為Pilon骨折。致傷原因：高處墜落傷8 例，交通事故傷5 例，摔傷3 例，其他傷3 例。左側(cè)10 例，右側(cè)9 例。受傷到手術(shù)時(shí)間7～14 d，平均9.5 d。骨折根據(jù)Ruedi-Allgower分型，Ⅱ型骨折8 例，Ⅲ型骨折11 例，均為閉合性骨折。

1.2方法與技術(shù)

1.2.1模型制作所有患者行踝關(guān)節(jié)CT掃描檢查，構(gòu)建三維數(shù)字模型，將其醫(yī)學(xué)數(shù)字成像與通訊(digital lmaging and communications in medicine，DICOM)數(shù)據(jù)輸?shù)皆和?D打印公司，將其輸入計(jì)算機(jī)中采用Mimics軟件進(jìn)行處理，采用選擇性激光燒結(jié)技術(shù)按1︰1比例打印Pilon骨折模型，打印機(jī)器為激光燒結(jié)設(shè)備Farsoon 401，打印材料為用于激光燒結(jié)的尼龍粉末材料，模型打印時(shí)間一般為24～36 h。

1.2.2模擬手術(shù)術(shù)前根據(jù)骨折影像學(xué)資料及3D可視模型，準(zhǔn)確評估骨折移位的方向，關(guān)節(jié)面的塌陷部位，制定手術(shù)入路及內(nèi)固定的方式，采用強(qiáng)力膠水粘合模擬骨折復(fù)位過程、手術(shù)步驟、鋼板長短及預(yù)彎塑形、螺釘分布及長短，預(yù)判是否需要植骨，制定個(gè)體化的手術(shù)方案。

1.2.3實(shí)際手術(shù)全麻或持續(xù)硬膜外麻醉，患者取仰臥位，大腿根部上止血帶，根據(jù)術(shù)前設(shè)計(jì)手術(shù)方案決定手術(shù)入路及步驟，其中前內(nèi)側(cè)單一弧形切口9 例，前正中正切口+后內(nèi)側(cè)切口治療7 例，前正中直切口+內(nèi)側(cè)切口治療3 例。通常先復(fù)位主骨塊，再復(fù)位脛骨前唇或后唇塌陷、壓縮的關(guān)節(jié)面，用異體骨或取自體髂骨植骨，按術(shù)前計(jì)劃用內(nèi)外側(cè)解剖板、“T”型板及螺釘固定。術(shù)后C型臂透視確認(rèn)復(fù)位、固定滿意，逐層縫合，并放置負(fù)壓引流管。

1.2.4術(shù)后評價(jià)按照術(shù)前制定的手術(shù)方案進(jìn)行術(shù)后X線和CT三維重建檢查，對骨折復(fù)位及關(guān)節(jié)面的平整情況進(jìn)行評估，將術(shù)前設(shè)計(jì)的手術(shù)方案和實(shí)際手術(shù)過程相比較，比較內(nèi)容包括模型與骨折的吻合情況、手術(shù)入路、鋼板放置及塑形貼合情況，螺釘分布及長短，所需植骨情況與術(shù)前設(shè)計(jì)是否一致。

2　結(jié)　　果

19 例復(fù)雜脛骨Pilon骨折術(shù)前均利用3D打印模型制定手術(shù)方案，模擬手術(shù)步驟，所有病例均按術(shù)前手術(shù)方案進(jìn)行手術(shù)，手術(shù)入路及鋼板放置，螺釘植入均與術(shù)前方案一致，手術(shù)平均時(shí)間為75 min。術(shù)后CT顯示關(guān)節(jié)面解剖復(fù)位14 例，滿意復(fù)位5 例，沒有螺釘穿入關(guān)節(jié)腔，17 例切口一期愈合，2 例延期愈合，經(jīng)換藥處理后愈合。術(shù)后19 例均獲隨訪，隨訪時(shí)間6～54個(gè)月，平均21.2個(gè)月，骨折均獲骨性愈合，愈合時(shí)間6～9個(gè)月，平均7.2個(gè)月，無內(nèi)固定失敗的發(fā)生。末次隨訪時(shí)采用美國足踝外科協(xié)會(huì)(American orthopaedic foot and ankle society，AOFAS)踝與足評分及疼痛視覺模擬評分(visual analogue scale，VAS)，優(yōu)16 例，良3 例。典型病例影像學(xué)資料見圖1～6。

圖1　術(shù)前正側(cè)位X線片示內(nèi)踝、脛骨前唇骨折

3　討　　論

復(fù)雜脛骨Pilon骨折是高能量損傷所導(dǎo)致的屬于脛骨遠(yuǎn)端的關(guān)節(jié)內(nèi)骨折，關(guān)節(jié)面壓縮、塌陷，同時(shí)可合并不同程度的軟組織損傷。根據(jù)Ruedi-Allgower分型，Ⅱ型和Ⅲ型Pilon骨折因骨折移位，關(guān)節(jié)不穩(wěn)，軸向?qū)€不良破壞踝穴的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，非手術(shù)治療不能達(dá)到骨折復(fù)位固定的目的，可造成骨折不愈合或愈合不良，遠(yuǎn)期導(dǎo)致創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎[1]。手術(shù)治療的目的是為了骨折關(guān)節(jié)面達(dá)到解剖復(fù)位，塌陷關(guān)節(jié)面復(fù)位后的植骨及堅(jiān)強(qiáng)固定，以便獲得良好的踝穴關(guān)系，避免軟組織的損傷，減少術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生[2]。為了達(dá)到良好的手術(shù)效果，術(shù)前我們需要充分了解復(fù)雜Pilon骨折的形態(tài)，準(zhǔn)確的對骨折進(jìn)行預(yù)判，從而制定正確的手術(shù)方案。目前常規(guī)手術(shù)使用的鈦鋼板、鈦鋼釘?shù)戎踩胛锒际橇魉€生產(chǎn)的固定規(guī)格，但患者有個(gè)體差異，骨科醫(yī)生只能依靠經(jīng)驗(yàn)在手術(shù)中選擇規(guī)格最合適的置入物，或者手術(shù)現(xiàn)場打磨，調(diào)整為較為合適的尺寸，不僅浪費(fèi)了時(shí)間，還增加皮瓣壞死及切口感染的概率，也很難做到解剖復(fù)位。隨著科技的發(fā)展，應(yīng)用3D打印技術(shù)將患者Pilon骨折打印成1︰1仿真模型，可以還原骨折“原貌”，清晰顯示骨塊位置和尺寸，精確模擬螺釘、鋼板的植入過程，術(shù)前能確定鋼板的數(shù)量、位置、長度及螺釘數(shù)量、分布、植入角度，為手術(shù)策略制定提前確定數(shù)據(jù)。

圖2　術(shù)前CT三維重建示骨折具體情況

圖3　3D打印模型展現(xiàn)骨折移位方向和程度

圖4　術(shù)前在3D打印模型上模擬操作

圖5　術(shù)后正側(cè)位X線片示關(guān)節(jié)面平整，　鋼板及螺釘分布與術(shù)前吻合

圖6　術(shù)后CT示關(guān)節(jié)面復(fù)位良好

本組采用3D打印技術(shù)輔助治療的19 例Pilon骨折，平均手術(shù)時(shí)間為75 min，術(shù)后無皮瓣壞死、感染發(fā)生。患者術(shù)中透視、術(shù)后X線檢查及三維CT掃描均顯示骨折復(fù)位滿意，關(guān)節(jié)面平整，術(shù)后隨訪踝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)良好。事先在模型上進(jìn)行手術(shù)方案的模擬操作，從而在實(shí)際手術(shù)過程中做到有條不紊的進(jìn)行骨折復(fù)位固定[3]。滿足顯露及固定需要的有限切口，避免損傷過多的軟組織，一改過去大切口或是術(shù)中發(fā)現(xiàn)一個(gè)切口不能滿足顯露需要而另取切口；避免皮瓣設(shè)計(jì)不當(dāng)，導(dǎo)致術(shù)后皮瓣壞死，或是術(shù)中反復(fù)復(fù)位，塑形鋼板，多次透視，導(dǎo)致切口暴露時(shí)間長，不能在一次驅(qū)血帶下完成手術(shù)。因?yàn)橹型舅芍寡獛В黾恿顺鲅亢褪中g(shù)時(shí)間。因此，3D打印技術(shù)在一定程度上提高了手術(shù)的成功率和降低了手術(shù)并發(fā)癥發(fā)生率，使得患者功能恢復(fù)更快。近年來隨著創(chuàng)傷治療BO理念的發(fā)展，骨折的生物學(xué)特性在骨折治療中更為重視，既要維持骨折端的機(jī)械穩(wěn)定性，又要對骨折端軟組織血管進(jìn)行充分保護(hù)，在打印模型上預(yù)先設(shè)計(jì)好鋼板及螺釘位置，為Mippo技術(shù)提供了更廣泛的應(yīng)用空間[4-5]。但由于開展的病例數(shù)量有限，該項(xiàng)輔助技術(shù)在降低術(shù)后并發(fā)癥，提高手術(shù)成功率等方面的具體作用仍需擴(kuò)大病例數(shù)及長期隨診才能得出結(jié)論。3D打印技術(shù)目前還存在一定的局限性：首先，盡管CT掃描層可以很薄，但畢竟只能提供多個(gè)切片，切片之間不可避免地出現(xiàn)誤差，且目前計(jì)算機(jī)缺乏專門對骨骼設(shè)計(jì)的軟件，沒有自動(dòng)化的分割及模擬重建過程，人工操作難免會(huì)有差錯(cuò)；其次，術(shù)前模擬和真實(shí)環(huán)境之間的差別很難做到精確；再有，本研究采用激光燒結(jié)的尼龍粉末材料，其材質(zhì)硬且脆，模型骨折片的分離及固定較困難，還需進(jìn)一步解決材料學(xué)的問題。

由于基層骨科醫(yī)師亞專業(yè)未細(xì)化，缺乏對骨折移位的三維空間感，3D打印技術(shù)的應(yīng)用，無疑能給醫(yī)師和患者帶來福音。然而，3D打印技術(shù)在復(fù)雜Pilon骨折中的應(yīng)用僅僅是3D技術(shù)的冰山一角，其在骨科手術(shù)中的應(yīng)用價(jià)值無可限量。現(xiàn)在應(yīng)用3D打印出骨、軟組織等的三維模型，只是3D打印的最初應(yīng)用。骨科導(dǎo)航的研發(fā)，個(gè)性化假體的制作，新型骨科器械的研發(fā)等，才是真正的學(xué)術(shù)熱點(diǎn)和難點(diǎn)所在，這對手術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，乃至實(shí)現(xiàn)內(nèi)固定植入數(shù)字化方案精準(zhǔn)指導(dǎo)手術(shù)的實(shí)施都將起到積極的推動(dòng)作用[6-12]。

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1008-5572(2016)10-0939-04

云南省臨床重點(diǎn)專科建設(shè)資助項(xiàng)目

R683.42

B

2016-05-11

李攀(1981- )，男，主治醫(yī)師，云南省鎮(zhèn)雄縣人民醫(yī)院脊柱關(guān)節(jié)外科，657200。